As trocas complexas de água salgada, água subterrânea e água de superfície que ocorrem na região costeira afetam diretamente os ciclos biogeoquímicos globais e a aplicação de traçadores isotópicos, dentre eles radionuclídeos naturais das séries radioativas do U e do Th, se apresenta como uma ferramenta poderosa para se rastrear fontes e sumidouros de elementos-traço e nutrientes nestes ecossistemas. O comportamento único do Ra utilizado para estimar a contribuição destes fluxos é observado no estuário subterrâneo, uma zona de mistura entre a água doce subterrânea e a água salgada nos aqüíferos costeiros. Nas séries naturais de decaimento radioativo do U e do Th há quatro isótopos naturais de Ra: 223Ra (t1/2 = 11,4 d), 224Ra (t1/2 = 3,7 d), 228Ra (t1/2 = 5,7 a) e 226Ra (t1/2 = 1.600 a). As meias-vidas destes isótopos correspondem bem com a duração de muitos processos costeiros. Todos estes isótopos derivam do decaimento de um isótopo de Th precursor, que está fortemente ligado ao material particulado. Devido ao Ra ser mobilizado no ambiente marinho, os sedimentos constituem uma fonte contínua dos isótopos de Ra para as águas estuarinas em taxas estabelecidas por suas constantes de decaimento. As atividades dos isótopos de Th nos sedimentos e o coeficiente de distribuição do Ra entre os sedimentos e a água, determinam a entrada potencial de cada isótopo de Ra para um dado ambiente aquático. Como o 228Ra é regenerado mais rapidamente do que o 226Ra, estuários com altas taxas de atividade 228Ra/226Ra na água devem ter um alto grau de troca com os sedimentos na região costeira ou com a água subterrânea drenando próximo a ela. Esta informação é útil para elucidar a contribuição de sistemas estuarinos para a troca de elementos-traço, N, P e C na zona de mistura. As funções fonte combinadas para o Ra na área costeira incluem a sua entrada a partir dos rios nas formas dissolvida e particulada, das suas concentrações dissolvidas no oceano, da dessorção dos sedimentos costeiros e da água subterrânea. A importância relativa de cada uma destas fontes é geralmente uma função da hidrogeologia específica de cada local e do ambiente no qual as amostras foram coletadas em relação ao gradiente de salinidade (extensão da mistura de água doce/ água salgada). Desta forma, os isótopos de Ra fornecem informações fundamentais a respeito da interação dos sedimentos, água subterrânea e águas estuarinas. Neste projeto, a distribuição de isótopos naturais de Ra foi estudada em amostras de águas de superfície, subterrâneas e estuarinas coletadas nas estações seca e chuvosa (2009 - 2010) na região do Vale do Ribeira, litoral sul do Estado de São Paulo. O inventário permitiu utilizá-los como traçadores de descargas fluvial e subterrânea para o complexo estuarino-lagunar de Cananéia/Iguape. As trocas complexas da água subterrânea/água de superfície na bacia do Rio Ribeira de Iguape, assim como os fluxos de vários constituintes para o complexo estuarino-lagunar de Cananéia/Iguape ainda são ainda componentes pouco conhecidos nos balanços hídrico e de materiais no cenário de interesse. Os resultados obtidos mostraram que há uma predominância do isótopo de 228Ra em todas as amostras analisadas, embora as concentrações detectadas tanto no Alto Vale do Ribeira como ao longo da Planície Costeira indiquem que estes resultados representam níveis naturais de fundo, denotando pequena ou mínima intervenção humana. Nas amostras coletadas ao longo do Rio Ribeira de Iguape e nos estuários de Cananéia e de Iguape, as maiores concentrações dos isótopos de Ra foram observadas nas águas de fundo, indicando a difusão do 228Ra dos sedimentos recentemente depositados como uma fonte potencial das concentrações aumentadas deste isótopo em relação aos demais. As concentrações dos isótopos de meias-vidas curtas foram negligenciáveis, em sua maior parte menores que o limite inferior de detecção do método. Os fluxos de Ra para o sistema na Barra de Cananéia é fortemente influenciado pelas correntes e canais de maré, que modulam o aumento ou diminuição das concentrações de Ra em resposta direta ao respectivo aumento e diminuição da salinidade das águas. No estuário de Iguape e nas estações hidroquímicas realizadas no Rio Ribeira do Iguape observou-se uma correlação linear entre a quantidade de material em suspensão (MES) e o aumento da concentração de 228Ra. Quando se avaliam qualitativamente as diferenças entre o comportamento dos dois isótopos de Ra de meias-vidas longas, as concentrações de 226Ra não apresentaram distribuição idêntica aquelas do 228Ra. Isto demonstra um aporte negligenciável advectivo das águas intersticiais dos sedimentos e subterrâneas para o cenário de interesse. Os fluxos dominantes de elementos-traço, radionuclídeos e nutrientes tem suas maiores fontes centradas no compartimento fluvial, sedimentos e material em suspensão. / The complex exchange of fluvial, subsurface and seawater within a coastal area directly affects global biogeochemical cycles and the application of isotopic tracers, mainly natural radionuclides from U and Th series, is a powerful tool to track sources and sinks of trace elements and nutrients to this systems. The unique Ra signature applied to quantify the contribution of such fluxes is acquired within the subterranean estuary, a mixing zone between fresh groundwater and seawater in coastal aquifers. In the U and Th natural radioactive decay series there are four radium isotopes: 223Ra (t1/2 = 11.4 d), 224Ra (t1/2 = 3.7 d), 228Ra (t1/2 = 5.7 y) and 226Ra (t1/2 = 1,600 y). Their wide range in half-lives corresponds well with the duration of many coastal processes. All these Ra isotopes derive from decay of Th parents, which are tightly bound to particles. Because Ra is mobilized in the marine environment, sediments provide a continuous source of Ra isotopes to estuarine waters at rates set by its decay constants. The Th isotope activities in the sediments and the distribution coefficient of Ra between the sediments and water determine the potential input of each Ra isotope to the water. Because 228Ra is regenerated much faster than 226Ra, estuaries with high 228Ra/ 226Ra activity ratios in the water must have a high degree of exchange with sediments on the sea bed or with groundwater draining nearby. This information is useful to elucidate the contribution of estuarine systems to the exchange of trace elements, N, P and C in the mixing zone. The combined source functions for Ra in a coastal area include riverine particulates/ dissolved input, oceanic dissolved concentrations, input from sediments and groundwater. The relative significance of each of these sources is usually a function of the site-specific hydrogeology and where the samples are taken relative to the salinity gradient (extent of freshwater/saltwater mixing). Thus, the Ra isotopes provide fundamental information on the interaction of sediments, groundwater and estuarine waters. In this project, the distribution of natural Ra isotopes was studied in surface, groundwater and estuarine water samples collected from dry and wet seasons (2009 2010) campaigns performed in Ribeira Valley, Southern São Paulo State. The inventory allowed the application of Ra isotopes as tracers of fluvial and groundwater discharges to the Cananéia-Iguape estuarine complex. The exchange of groundwater/ surface water in Ribeira do Iguape River basin and related fluxes of several constituents for the Cananéia-Iguape estuarine complex mass balance is still not very well known. The results obtained in this research work evidenced that there is a prevalence of 228Ra isotope in all the set of samples analyzed. However, the activity concentrations of Ra isotopes determined from Higher Ribeira Valley through the Southern Coastal Plain of São Paulo are representative of natural background levels, showing low or minimal human intervention. In the set of samples collected along Ribeira do Iguape River, Cananéia and Iguape outlets, the higher concentrations of Ra were observed in bottom waters, indicating the diffusion of 228Ra from sediments recently deposited as a potential source of the increased concentrations of this isotope when compared with others. The activity concentrations of the short-lived Ra isotopes were negligible, lower than the limit of the detection. Fluxes of Ra for Cananéia outlet are strongly influenced by tidal oscillations, which modulate the increase and decrease of Ra concentrations in response of the respective increase and decrease of waters salinity. In Iguape outlet and in hydrochemical stations performed along Ribeira do Iguape River it was observed a linear relationship between the amount of suspended matter and the increase of 228Ra activity concentration. When we evaluate qualitatively the differences in behavior of both long-lived Ra isotopes, the concentrations of 226Ra have not shown similar distribution to 228Ra. This demonstrates negligible contribution from advective porewaters and groundwater to the studied scenario. Dominant fluxes of trace-elements, radionuclides and nutrients have their main sources centered on fluvial, sediments and suspended matter compartiments.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:teses.usp.br:tde-29082011-131624 |
| Date | 22 November 2010 |
| Creators | Sueli Carvalho de Jesus |
| Contributors | Joselene de Oliveira, Fernando Brenha Ribeiro, Elisabete de Santis Braga da Graca Saraiva |
| Publisher | Universidade de São Paulo, Tecnologia Nuclear, USP, BR |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Source | reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP, instname:Universidade de São Paulo, instacron:USP |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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